DD76269C2 - Schaltungsanordnung zur wartungsfreien ladung von akkumulatoren - Google Patents

Description

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Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß eine Transistorregelschaltung 21 mit einem Schmitt Trigger 22 verbunden ist, welcher weiterhin mitder Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Schmitt-Triggers 22 auf einen Verstarker 23 fuhrt, welcher ebenfalls mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Verstärkers 23 mit einer Begrenzerschaltung 24 verbunden ist und die Basen denn dem Ladestromkreis liegenden Transistoren 16 mit dem Ausgang der Begrenzerschaltung 24 verbunden sind Dabei wird an Stelle einer reinen stabilisierten Gleichspannung als Ladespannung eine unstabilisierte, von Netz und Last abhangige pulsierende Gleichspannung verwendet Diese Gleichspannung wird aus einer Brücken- oder Mittelpunktschaltung gewonnen Die Konstantspannungsladecharaktenstikfur die wartungsfreie Ladung wird trotz unstabilisierter Ladespannung dadurch erreicht, daß eine Steuerspannung entweder von der unstabilisierten pulsierenden Ladespannung oder aus einer externen Gleichspannung gewonnen und mittels eines Schmitt-Triggers in eine Rechteckspannung umgewandelt und je nach Anzahl der zu ladenden Akkumulatoren verstärkt und in einem einstellbaren elektronischen Begrenzer unabhängig von der Eingangsspannung auf eine konstante Amplitude begrenzt wird Die Differenz zwischen der konstanten Steuerspannung und der Batteriespannung entspricht der Basisspannung des Ladetransistors und bestimmt somit über den Verstärkungsfaktor die Große des pulsierenden Ladestromes Mit zunehmender Ladung wird die Batteriespannung großer und verringert somit die Basisspannung am Ladetransistor und damit den Ladestrom

Die geringste Steuerleistung ergibt sich dann, wenn der Stromflußwinkel von Steuer- und Ladespannung gleich groß ist, beide Spannungen phasengleich sind und der im Ladestromkreis befindliche Transistor 16 erst dann leitend wird, wenn die pulsierende Ladespannung großer ist als die Battenespannung Bei Aussteuerung mit reiner Gleichspannung und pulsierender Ladespannung kann sich der Steuerleistungsbedarf um ein Mehrfaches erhohen Dies erklart sich daraus, daß der Steuerstrom beim Absinken der Ladespannung unter die Battenespannung, wie es etwa bei pulsierender Ladespannung von 100Hz nach jeweils < ViooSek erfolgt, stark ansteigt Die Batteriespannung, die als Gegenspannung zur Steuerspannung wirkt, ist auf Grund des fehlenden Ladestromes niedriger als in den Stromflußzeiten

Um bei gleichzeitigem Einsetzen aller entladenen Akkumulatoren eine Überlastung des Leistungsteil der Ladeeinrichtung zu vermeiden, wird der Quellwiderstand der Stromversorgungseinrichtung fur die Ladespannung so gewählt, daß bei zunehmendem Ladestrom sich die Ladespannung und damit der Stromflußwinkel so weit verringert, daß ein weiteres Ansteigen des Ladestromes verhindert wird Um außerdem in einem größeren Temperaturbereich eine wartungsfreie Ladung zu gewährleisten, wird die Steuerspannung in Abhängigkeit zur Umgebungstemperatur so geregelt, daß die von der Umgebungstemperatur abhangige Batteriespannung kompensiert und ein annähernd gleichbleibender Ladeschlußstrom in einem großen Temperaturbereich erreicht wird, in dem derThermistor 20 parallel zu dem Widerstand 12 der Spannungsteiler 12/13 geschaltet ist Es ist keine manuelle Umstellung der Ladespannung in Abhängigkeit von der Temperatur mehr erforderlich

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel beschrieben werden In den zugehörigen Schaltbildern zeigen

Fig I Schaltbild fur Kleinladeeinrichtung, Fig 2 Blockschaltbild fur Großladeeinrichtung

Nach Fig 1 wird die zur Ladung der in Parallelschaltung befindlichen Batterien 17 erforderliche Gleichstromleistung dem Stromversorgungsgerat 1, zu dem diese Batterie 17 über Transistor 16 und Ladewiderstand 15 parallelgeschaltet ist, entnommen Der Pluspol des Stromversorgungsgerates 1 ist mit dem Pluspol des Stromversorgungsgerates 2 verbunden Das Stromversorgungsgerat 3, dessen Minuspol mit dem Minuspol vom Stromversorgungsgerati verbunden ist, dient zur Speisung der ladestromabhangig gesteuerten Anzeigelampe 19 in Verbindung mit Transistor 18 Die Gleichspannungen der Stromversorgungsgerate 1,2, 3 werden je aus einer Bruckenschaltung gewonnen, sind unstabiiisiert und tragen den Charakter einer pulsierenden Gleichspannung von 100Hz, die in Phasen miteinander übereinstimmen Die zur Steuerung der Ladetransistoren 16 benotigte Basisspannung wird dem Stromversorgungsgerat 2 entnommen, an der Zenerdiode 4 vorstabilisiert und an der Zenerdiode 5 auf eine konstante, von der Netzspannung unabhängige Amplitude stabilisiert Über den Widerstand 14 wird die in Flußnchtung betriebene Siliziumdiode 11 auf einen konstanten Amplitudenwert gebracht und dient der Vergleichsspannung gegenüber der am Potentiometer 13 abgegriffenen und der Basis des Transistors 10 zugefuhrten Spannung Den zur Regelung erforderlichen Basisstrom, fur die in Darlingtonschaltung befindlichen Transistoren 8 9, erhalten diese über den Widerstand 6 von der an der Zenerdiode 5 stabilisierten pulsierenden Spannung Erhöht sich beispielsweise die Spannung am Potentiometer 13 auf Grund einer Verringerung des Ladestromes, so fuhrt diese Spannungserhohung zu einem höheren Basisstrom furTransistor 10, wodurch dieser Transistor in einen leitfahigen Zustand übergeht und über den Spannungsteiler von Transistor 10 und Widerstand 6 die B=sis von Transistor 9 positiver werden laßt Dies fuhrt dazu, daß auch die Basis von Transistor 8 positiver wird und der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke desselben Transistors sich so weit vergrößert, bis der am Potentiometer 13 eingestellte Spannungswert wieder erreicht wird Die dem Kollektor der Transistoren 8 über Widerstand 7 und Transistor 9 vom Stromversorgungsgerat 1 zugefuhrte pulsierende Gleichspannung wird am Emitter des Transistors 8 gegenüber dem Pluspol der Stromversorgungsgerate 1, 2 mit Hilfe des Potentiometers 13 auf einen einstellbaren Amplitudenwert konstant gehalten Parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 12 ist ein temperaturabhangiger Widerstand 20 geschaltet, der die Amplitude der Steuerspannung an der Basis des Transistors 16 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur so verändert, daß die an den Batterien in Abhängigkeit von der Raumtemperatur auftretenden Spannungsanderungen eliminiert werden Dadurch ist die Ladung in einem großen Temperaturbereich ohne manuelle Verstellung der Steuerspannung gewahrleistet Die Aufladung der Batterie 17 geschieht derart, daß an die Basis des Ladetransistors 16 eine gegenüber dem Pluspol der Batterie 17 negative Spannung mit konstanter Amplitude und einer Frequenz von 100Hz angelegt wird, deren Differenzspannung, die sich ergibt aus Steuerspannung-Batteriespannung, den Durchsteuerungsgrad des Ladetransistors 16 bestimmt und somit ein Fließen des Ladestromes über den Ladewiderstand 15 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Ladetransistors 16 einleitet Mitzunehmender

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Ladung steigt die Spannung an der Batterie 17 an, wodurch sich die Differenzspannung verringert, der Ladetransistor 16 in den weniger leitfahigen Zustand übergeht und somit den Ladestrom herabsetzt Der Ladewiderstand 15 kann hierbei auf Grund der Spannungssteuerung über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 so dimensioniert werden, daß auch am Ende der Ladung bei geringen Ladestromen eine Steuerung des Transistors 18 möglich ist und die Helligkeit der Anzeigelampe 19 ein Maß fur die Große des Ladestromes darstellt

Da die vorgesehenen Nickel-Kadmium-Akkumulatoren eine von der Umgebungstemperatur abhangige Batteriespannung

aufweisen, das zu beträchtlichen Unterschieden im Ladeschlußstrom fuhrt und somit eine wartungsfreie Ladung in Frage stellt, wird mittels eines temperaturabhangigen Widerstandes 20 die Steuerspannung so geregelt, daß die durch

Umgebungstemperaturen bedingten Battenespannungsanderungen eliminiert werden Damit wird ein von der

Umgebungstemperatur, im Bereich +10 bis +40⁰C nahezu gleichmäßiger Ladeschlußstrom erreicht

Der in die Minusleitung des Stromversorgungsgerates 1 eingeschaltete Widerstand 25 wird in Verbindung mit dem

Innenwiderstand des Stromversorgungsgerates 1 so abgestimmt, daß eine Überlastung des Gerätes 1 durch das Absinken der pulsierenden Ladespannung und der damit einsetzenden Verringerung des Stromflußwinkels des Ladestromes nicht auftreten

Nach Fig 2 wird der Erfindungsgegenstand an einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel erläutert, das vorzugsweise fur

Großladeeinnchtungen mit mehreren einander parallelgeschalteten Akkumulatoren Verwendung findet Die Stromversorgung 1, 2 fur Ladespannung und Steuerspannung wird analog wie in Fig 1 beschrieben, erzeugt

Die dem Stromversorgurgsgerat 2 entnommene pulsierende Gleichspannung wird mittels einer Transistorregelschaltung 21 in eine stabilisierte reine Gleichspannung umgeformt und mittels eines Schmitt-Triggers 22, im Takte der Frequenz der

pulsierenden Ladespannung vom Stromversorgungsgerat 1 in eine Rechteckspannung umgewandelt Je nach Anzahl der zu

ladenden Batterien 17 und der damit zu steuernden Ladetransistoren 16 wird das vom Schmitt-Trigger 22 ankommende

Rechtecksignal in Verstarker 23 auf den erforderlichen Leistungspegel angehoben und in den einstellbaren elektronischen

Begrenzer 24 auf den fur die jeweilige Akkutype erforderlichen Spannungswert begrenzt Die Ladestrom regulierung über den

Transistor 16 erfolgt in Abhängigkeit der Batteriespannung wie bereits in Fig 1 beschrieben

Der Schwellwert des Schmitt-Triggers 22 wird so eingestellt, daß ein Schalten erst dann erfolgt und damit eine

Rechteckspannung erst dann an die Basis des Transistors 16 gelangt, wenn die Ladespannung vom Stromversorgungsgerat 1 garantiert großer ist als die maximal zu erwartende Ladespannung an der Batterie 17 Damit wird ein Ansteigen des

Steuerstromes zu Beginn und am Ende jeder Halbwelle verhindert und somit die Steuerleistung auf ein Minimum reduziert

Claims (3)

1 Schaltungsanordnung fur die mit pulsierendem Gleichstrom erfolgende wartungsfreie Ladung von wenigen bis mehreren Hundert parallelgeschalteten Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transistorregelschaltung 21 mit einem Schmitt-Trigger 22 verbunden ist, welcher weiterhin mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Schmitt-Triggers 22 auf einen Verstarker 23 fuhrt, welcher ebenfalls mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Verstärkers 23 mit einer Begrenzerschaltung 24 verbunden ist und die Basen der in dem Ladestromkreis hegenden Transistoren 16 mit dem Ausgang der Begrenzerschaltung 24 verbunden sind

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Erfindungsanspruch

2 Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwelle des Schmitt-Trigger 22 so dimensioniert ist, daß Steuerspannung und Ladespannung phasengleich sind und deren Stromflußwinkel gleich groß ist

3 Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung der Ladung in einem größeren Temperaturbereich derThermistor 20 parallel zu dem Widerstand 12 des Spannungsteilers 12/13 geschaltet ist

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur wartungsfreien Ladung von explosions- oder schlagwettergeschutzten Leuchten, die mit einem steuerbaren Halbleiter zur Verriegelung und fur das Laden der Leuchtenakkumulatoren ausgerüstet sind

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Es ist bekannt, daß zur Ladung von in Parallelschaltung befindlichen Akkumulatoren diese über ein spannungsgeregeltes, in Verbindung mit einem fur jede Batterie ungeregelten Gleichrichtergerat geladen werden, wobei die ungeregelten Gleichrichtergerate in Abhängigkeit der Gasungsspannung geschaltet werden Diese Einrichtung ist fur gasdichte- oder wartungsarme Nickel-Kadmium-Akkumulatoren auf Grund der fehlenden Gasungsspannung nicht brauchbar Weiterhin ist bekannt, daß Batterien über Transistoren geladen werden, wobei der Ladestrom durch eine auf die Ladeschlußspannung der Batterie ausgesuchte Zenerdiode bestimmt wird

Diese Ladeschaltung eignet sich nur zur Ladung von Batterien, deren Spannungen großer als 4,5 V sind und somit im Zenerspannungsbereich liegen Fur den vorgesehenen Anwendungsbereich 2,4V oder 3,6V gasdichter Nickel-Kadmium-Leuchtenakkumulatoren zu laden, ist diese Schaltung nicht brauchbar

Die wartungsfreie Ladung, ζ B Konstantspannungsladung, von in Parallelschaltung befindlichen Akkumulatoren ist ebenfalls bekannt Da der Ladespannungsverlauf von gasdichten oder wartungsarmen Nickel-Kadmium-Akkumulatoren nach Volladung keine Veränderungen mehr aufweist, die zur Steuerung des Ladestromes verwendet werden konnten, werden transduktonsch oder elektronisch geregelte Ladegerate eingesetzt, deren Ausgangsspannungen unabhängig von Netzspannungs- und Lastanderungen im vorgesehenen Regelbereich auf ±1% stabilisiert sind Das sind re>ne Gleichspannungen, die auf Grund der geforderten Einsteilgenauigkeit nur von einer sehr geringen Brummspannung überlagert sein dürfen Es ist bekannt, daß ζ B ein solches Gerat mit einer einstellbaren stabilisierten Spannung von 3 bis 5V und 0 bis 200 A einen sehr großen geratetechnischen Aufwand erfordert und damit ökonomisch aufwendig wird Explosions- und schlagwettergeschutzte Leuchten müssen gegen unbefugte Stromentnahme an außenIlegenden Kontakten verriegelt sein In bekannter Weise wird eine elektrische Verriegelung mittels eines steuerbaren Halbleiters erreicht (siehe DDR-Patent 47951)

Ziel der Erfindung

Der Zweck der Erfindung ist es, eine wartungsfreie Ladung von in Parallelschaltung befindlichen Akkumulatoren mit unterschiedlichen Ladezustanden mit einer Ladeeinrichtung zu erreichen, die einen wesentlich geringeren geratetechnischen und damit einen geringeren Kostenaufwand erfordert, als die bisher fur die wartungsfreie Ladung verwendeten Ladeeinrichtungen

Jarlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelost wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Verriegelung von Schlagwetter- und explosionsgeschutzten Leuchten in Verbindung mit den Regelgeraten des fur die Erzeugung des Ladestromes erforderlichen Gleichrichters so zu andern, daß bei geringerem Aufwand die wartungsfreie Ladung technisch verwirklicht werden kann